在Java中，如何设计一个线程安全的单例模式，确保其在多线程环境下的唯一性和不变性？请结合synchronized关键字给出实现示例。

在Java中设计线程安全的单例模式，目的是确保程序在多线程环境中也只有一个实例，并且这个实例在被创建后不会改变。这在Java开发中是一个常见的面试问题，尤其对于那些希望成为Java工程师的人。

参考资源链接：[Java工程师面试指南：多线程与线程安全解析](https://wenku.csdn.net/doc/6412b49dbe7fbd1778d40329?spm=1055.2569.3001.10343)

首先，需要明确单例模式的基本要求：确保类只有一个实例，并提供全局访问点。为了实现线程安全，我们可以利用synchronized关键字，它是Java提供的最直接的线程同步机制。

有多种方式实现线程安全的单例模式，其中一种常见的方法是使用双重检查锁定模式（Double-Checked Locking Pattern），它既保证了线程安全，又避免了不必要的同步开销。

以下是使用双重检查锁定模式实现线程安全单例的示例代码：

public class Singleton {
    private volatile static Singleton instance; // volatile关键字确保可见性

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton(); // 在这里创建实例
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

在这段代码中，instance是一个静态volatile变量，使用volatile是为了确保instance的初始化和可见性，因为volatile关键字可以保证线程对instance的读写都是直接针对主内存的，而不会使用线程的本地缓存，这样可以保证instance在不同线程中的一致性。

在第一次检查instance是否为null时，如果为null，进入同步块。在同步块内部再次检查instance是否为null，这是因为可能有多个线程同时通过了第一次检查，而同步块保证了同时只有一个线程能执行创建实例的部分。

值得注意的是，使用双重检查锁定模式时，必须将instance变量声明为volatile，这是确保线程安全的关键。如果不使用volatile，那么在某些情况下，一个线程可能看到一个未完全初始化的实例。

总结来说，线程安全的单例模式实现需要考虑到线程同步和实例的唯一性与不变性。双重检查锁定模式提供了一个高效的实现方式，它通过减少同步的范围来降低性能开销，同时确保了线程安全。

为了更深入理解Java中的多线程、线程安全以及单例模式的实现，推荐参阅《Java工程师面试指南：多线程与线程安全解析》。这本书由蚂蚁课堂创始人余胜军主编，详细讲解了JavaSE的核心知识点，特别是在多线程和线程安全方面的内容，并提供了丰富的面试相关问题和解答策略，是Java工程师面试准备的宝贵资源。

参考资源链接：[Java工程师面试指南：多线程与线程安全解析](https://wenku.csdn.net/doc/6412b49dbe7fbd1778d40329?spm=1055.2569.3001.10343)